Разработка и исследование систем и алгоритмов управления синхронным частотно-регулируемым электроприводом турбомеханизмов

• Автор: Кузин, Кирилл Андреевич
• Шифр специальности: 05.09.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 132 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К
ЭЛЕКТРОПРИВОДАМ ТУРБОМЕХАНИЗМОВ
1Л. Технологические особенности регулирования производительности турбомеханизмов
1.2. Моменты сил сопротивления механизмов центробежного типа
1.3. Сравнение способов регулирования производительности турбомеханизмов
1.4. Структура регулирования технологического параметра группой электроприводов турбомеханизмов с одним НЧ
1.5. Алгоритмы режимов работы электроприводов насосной станции
1.6. Диаграммы нагрузок. Ожидаемый эффект от регулирования частоты вращения турбомеханизмов
1.7. Обоснование и выбор мощности элементов силовой части
электропривода насосов
Выводы
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕЖИМОВ
РАБОТЫ СИНХРОННОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА
2.1 Математическая модель синхронного двигателя
2.2. Моделирование режимов работы синхронного двигателя
2.2.1. Моделирование прямого пуска синхронного двигателя
2.2.2. Моделирование частотного пуска синхронного двигателя
2.2.3. Статические характеристики системы ПЧ-СД
2.3. Режим переключения питания синхронного двигателя
Выводы
ГЛАВА 3. СИСТЕМА ВОЗБУЖДЕНИЯ СИНХРОННОГО ДВИГАТЕЛЯ
3.1. Силовая часть системы возбуждения СД
3.2. Формирование тока возбуждения СД

3.3. Пример формирования тока возбуждения СД заданием его реактивной мощности
3.3.1. Синтез контура регулирования тока возбуждения
3.3.2. Синтез контура регулирования реактивной мощности
3.4. Алгоритмы управления возбуждением СД и функциональная схема
их реализации
3.5. Пример формирования тока возбуждения СД по минимуму
реактивной мощности в бесщеточных системах возбуждения
Выводы
ГЛАВА 4. СИСТЕМА ВИЗУАЛИЗАЦИИ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РЕЖИМОВ РАБОТЫ СИНХРОННОГО ЧАСТОТНОРЕГУЛИРУЕМОГО ЭЛЕКТРОПРИВОДА ТУРБОМЕХАНИЗМОВ
4.1. Система сбора, обработки и визуализации переменных электропривода турбомеханизмов
4.2. Исследование работы синхронного двигателя при его прямом и плавном пусках
4.3. Исследование системы управления давлением воды в выходном трубопроводе насосной станции
4.4. Исследование электромагнитной совместимости элементов
электропривода компрессора
Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Энерго - и ресурсосбережение наряду с информатизацией и компьютеризацией в различных технологических процессах является одним из основных направлений технической политики во всех развитых странах мира, не исключая и Россию. Существенной составляющей в этом направлении является применение регулируемого электропривода для турбомеханизмов (насосов, турбокомпрессоров, дымососов, вентиляторов и т. п. механизмов) со свойственными для них вентиляторными нагрузками [1]. Особая роль в подобных электроприводах больших мощностей (свыше 250 кВт) принадлежит высоковольтному частотно-регулируемому синхронному электроприводу, обладающему более высокими, по сравнению с асинхронным электроприводом, энергетическими показателями [2]. При этом для группы турбомеханизмов, работающих на общую выходную магистраль, более экономичным решением является использование лишь одного преобразователя частоты ПЧ с возможностью его работы с любым из электродвигателей группы и переключением их от ПЧ к питающей сети.
В области автоматического управления и регулирования режимов работы СД значительный вклад внесли такие ученые, как Д.П.Петелин, В.А.Венников,
А.И.Важнов, А.М.Вейнгер, Г.Б.Онищенко, М.М.Ботвинник, Ю.Г.Шакарян, М.П.Титов, И.Я.Браславский. Данное направление науки развивалось в МЭИ, ОАО «Электропривод», УПИ и в ряде других отечественных ВУЗах и НИИ. При этом, однако, не уделялось должного внимания проблемам согласования технологических и энергетических режимов работы преобразователя частоты, синхронного двигателя и его возбудителя при работе группы технологически взаимосвязанных турбомеханизмов. Таких режимов работы, например, как частотный пуск и частотное регулирование производительности турбомеханизма, согласованное включение в работу необходимого числа турбомеханизмов, прямой пуск и работа от питающей сети, переключение источника питания СД от ПЧ к сети при жестком согласовании выходного напряжения ПЧ по амплитуде, частоте и фазовому сдвигу с напряжением

Здесь: г - номер участка времени работы насосной станции; (Эср1 - средняя подача на г-том участке, м3/ч; Ад - разница между реальным и расчётным давлением на г'-том участке времени работы насосов станции, кг/см2; г|1; - результирующий КПД работающей группы насосов на г-том участке;
у = 1000 кг/м3 - плотность воды.
Суммарные потери энергии в имеющейся системе за рассматриваемый период времени:

АЩ. = ХАЩ = л
г=1 г
где п - количество участков.
При расчёте, из-за отсутствия данных, не учитывались потери напора на участках между задвижками на нагнетательном трубопроводе каждого насоса и общим коллектором, где установлен манометр для измерения давления. Промежуточные результаты, определенные по усреднённым значениям расхода и давления воды на характерных участках времени работы насосов станции (рис. 1.6-1.7), сведены в табл. 1.6.
Таблица
Усредненные значения расхода и давления воды
№ участка АРр кг/см йср.,'1°3, м3/ч %/ АЛ- > кВт ч Щ, кВт-ч
1 0.4 13.4 0.87 167.8 1
2 0.7 11.5 0.65 337.3 6.83 2303
3 0.4 13.8 0.86 174.8 7.33 1281
4 0.3 14.8 0.84 143.9 3
5 0.8 13.6 0.87 340.6 4.33 1474
По данным табл. 1.6 гидравлические потери энергии насосной станции при дросселировании в течении суток достигали АРУ,сут = 5 830 кВт-ч. За год работы станции суммарные гидравлические потери энергии насосной станции по усреднённым параметрам достигли АЖгод = 213-104 кВт-ч.